3D EM仿真軟件緩解設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

在微波設(shè)計(jì)領(lǐng)域，軟件工具的重要性日益俱增。不僅大部分射頻工程師都在使用軟件設(shè)計(jì)工具，而且這些軟件工具的能力也在不斷提升，可共同緩解各個(gè)設(shè)計(jì)階段存在的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。 在高頻和高速器件的三維(3D)電磁仿真領(lǐng)域，Ansoft公司的HFSS v11可保證用戶實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的無(wú)限仿真。事實(shí)上，HFSS v11結(jié)合了新的更高階、層次化基本功能與迭代求解器。這種求解器利用更小的網(wǎng)格提供更高的精度，因而可獲得針對(duì)大型、多波長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的更高效的解決方案。在基于EM的設(shè)計(jì)流程中，HFSS可動(dòng)態(tài)鏈接到Ansoft的用于射頻、模擬和混合信號(hào)電路設(shè)計(jì)的新一代仿真器Nexxim，以及射頻數(shù)模混合集成電路設(shè)計(jì)軟件Ansoft Designer中。 另一個(gè)流行的EM仿真器致力于在3D和通用形狀的多層結(jié)構(gòu)上求解電流分布。這種被稱(chēng)為IE3D的基于全波、矩量法(MoM)的仿真器屬于Zeland軟件公司。IE3D 12.12版本支持共軛匹配因子(CMF)。只要提供芯片阻抗和基本配置，便可利用CMF判斷RFID天線的質(zhì)量。此外，借助實(shí)時(shí)、全波EM設(shè)計(jì)的FastEM設(shè)計(jì)套件，工程師能確定平面和3D結(jié)構(gòu)的參數(shù)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行高精度、高效的IE3D仿真，并從仿真結(jié)果中提取FastEM信號(hào)。FastEM信號(hào)允許用戶實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)EM調(diào)諧、優(yōu)化和合成。 像IE3D一樣，Sonnet軟件公司的Sonnet套件也可以在單片微波集成電路(MMIC)、RF IC、平面天線及更多設(shè)計(jì)中。但Sonnet套件可為平面電路和天線開(kāi)發(fā)出高精度的RF模型(S、Y、Z參數(shù)或提取的SPICE模型)。該軟件需要電路的物理描述，包含布局、金屬層和介質(zhì)層的材料特性。Sonnet套件采用了基于麥斯韋爾方程的矩量法(MoM)EM分析方法，覆蓋所有的寄生、交叉耦合、外殼以及封裝諧振效應(yīng)。 Agilent EEsof公司的Advanced Design System(ADS)RF EDA軟件是主流的電路仿真工具。該公司還提供RF Design Environment、IC-CAP器件建模軟件和系統(tǒng)，以及Eagleware-Elanix公司的GENESYS與SystemVue。利用針對(duì)信號(hào)完整性設(shè)計(jì)的集成的驗(yàn)證工具包，高數(shù)據(jù)速率互連和串行數(shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)工程師能夠發(fā)現(xiàn)并校正抖動(dòng)源，并同時(shí)預(yù)測(cè)位誤碼率(BER)的性能。Agilent還將全波、3D仿真器Electromagnetic Design System(EMDS)集成到ADS平臺(tái)中。基于ADS的EMDS承諾將減少設(shè)計(jì)高精度高頻RF/微波模塊、RF電路板以及平面天線所需的步驟，并允許設(shè)計(jì)工程師在開(kāi)始物理原型設(shè)計(jì)之前，做出基于可靠信息的決定和調(diào)整。 大多數(shù)情況下，軟件平臺(tái)服務(wù)于電氣工程應(yīng)用，甚至用于解決RF設(shè)計(jì)問(wèn)題。然而，許多軟件平臺(tái)不僅可以服務(wù)于這個(gè)市場(chǎng)，還能同時(shí)滿足其他數(shù)學(xué)和科學(xué)領(lǐng)域。這樣的例子有兩個(gè)來(lái)自The MathWorks公司。The MathWorks公司的MATLAB是一款高級(jí)語(yǔ)言和交互環(huán)境，與C、C+和Fortran等傳統(tǒng)的編程語(yǔ)言相比，它能使設(shè)計(jì)工程師更快地執(zhí)行計(jì)算密集型任務(wù)。該公司的Simulink平臺(tái)則支持多領(lǐng)域仿真以及動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的基于模型的設(shè)計(jì)。因?yàn)镾imulink被集成到MATLAB中，所以它能快速訪問(wèn)針對(duì)算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析與訪問(wèn)、數(shù)值計(jì)算的廣泛工具。 美國(guó)國(guó)家儀器(NI)有限公司提供多種系列軟件產(chǎn)品來(lái)滿足廣泛的行業(yè)需求。該公司的旗艦產(chǎn)品LabVIEW允許用戶利用面向?qū)ο蟮木幊虂?lái)開(kāi)發(fā)可擴(kuò)展代碼。他們還可以用自動(dòng)VI接口創(chuàng)建與可重用外部代碼集成.NET web服務(wù)，這些外部代碼可以自動(dòng)生成DLL接口。此外，自動(dòng)調(diào)用DLL并利用回調(diào)也是可能的。 COMSOL公司目前正在將其數(shù)學(xué)建模、仿真與虛擬原型提供給更廣泛的工程師群體。在COMSOL Multiphysics 3.3中，AC/DC模塊允許靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)模型包括任何耦合物理和非線性材料。對(duì)于聲學(xué)模塊，用戶可以通過(guò)固體和液體來(lái)對(duì)聲波傳播進(jìn)行建模。RF模塊允許設(shè)計(jì)工程師在沒(méi)有RF和微波仿真限制的條件下指定圖形、物理和材料。 Schmid&Partner Engineering AG或SPEAG公司的EM仿真工具的計(jì)算能力可達(dá)500至1,500兆單元/秒，可應(yīng)用在眾多不同的行業(yè)。利用12.4版本的SEMCAD X仿真平臺(tái)，該公司已發(fā)布最新的EMC/EMI有關(guān)特性以及材料建模方法，還使得內(nèi)存效率得以極大提高。該仿真平臺(tái)還提供了額外的優(yōu)化目標(biāo)，包括OTA參數(shù)、一致性和更多的CAD結(jié)構(gòu)遺傳算法(GA)優(yōu)化。它還提供特異材料(雙負(fù)極)、擴(kuò)展的色散材料，以及耗散金屬和涂層板的建模。3D固體建模工具箱也已經(jīng)進(jìn)行擴(kuò)展。 電路和EM仿真軟件在持續(xù)發(fā)展，但是這些公司認(rèn)識(shí)到還需要獨(dú)特的軟件功能。例如，F(xiàn)lomerics公司在提供EM仿真工具的同時(shí)還提供熱效應(yīng)分析軟件。ADI公司則利用ADIsimPLL滿足不同的需求。ADIsimPLL一款鎖相環(huán)(PLL)電路設(shè)計(jì)和計(jì)算軟件，其3.0版本將仿真器中PLL環(huán)路濾波器可獲得的拓?fù)浞秶鷱?提高到18。9個(gè)新環(huán)路濾波器拓?fù)涞拇蟛糠职�括了更高階的有源濾波器，可提供額外的諧波抑制。新的專(zhuān)用壓控振蕩器(VCO)/參考庫(kù)文件編輯器允許通過(guò)VCO或參考振蕩器庫(kù)文件進(jìn)行瀏覽，并允許用戶訪問(wèn)VCO調(diào)諧和相位噪聲數(shù)據(jù)。此外，它還可以計(jì)算PLL的閉環(huán)增益并在FreqDomain頁(yè)面上顯示出來(lái)。 Cadence設(shè)計(jì)系統(tǒng)公司也在幾年前涉足RF領(lǐng)域。例如，Cadence RF SiP Methodology Kit整合了系統(tǒng)設(shè)計(jì)、物理實(shí)現(xiàn)以及生產(chǎn)之間的廣泛鏈接。該開(kāi)發(fā)套件支持全系統(tǒng)級(jí)封裝(full-SiP)電氣分析和關(guān)鍵路徑表征，以及從整個(gè)系統(tǒng)級(jí)仿真開(kāi)始到自頂向下驗(yàn)證的行為建模。Cadence RF Design Methodology Kit則承諾能縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高硅的可預(yù)見(jiàn)性，并實(shí)現(xiàn)更高的射頻設(shè)計(jì)生產(chǎn)率。該設(shè)計(jì)套件的功能包括：驗(yàn)證用于智能管理RLCK寄生參數(shù)的先進(jìn)方法、電感綜合與建模、全芯片驗(yàn)證以及PLL仿真指南。此外，它還將IC設(shè)計(jì)與系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)鏈接起來(lái)。 作者：Nancy Friedrich
總編輯
《Microwaves&RF》